6. Семінар “Методика одержання, реєстрації та передачі медико-біологічної інформації”

Мета семінару: знайомство з принципами дії приладів, які дозволяють проводити виміри різноманітних електричних параметрів.

Контрольні питання для підготовки до семінару

1. Електричне поле і його основні характеристики (напруженість Е, потенці­ал , зв’язок між ними).

2. Електричний диполь (дипольний момент, диполь в однорідному і неоднорід­но­му електричному полі).

3. Електричне поле в речовині (поляризація та її види, відносна діелектрична проникність і поляризованість речовини, діелект­рич­на проникність біологіч­них тканин, сегнетоелектрики).

4. П’єзоелектричний ефект і його застосування.

5. Основні характеристики електричного струму (сила та густина стру­му, закони Ома та Джоуля–Ленца, питома електро­про­від­ність, рухливість вільних носіїв).

6. Магнітне поле і його основні характеристики (індукція В і напруженість Н магнітного поля). Закон Біо–Савара–Лапласа.

7. Дія магнітного поля на провідники зі струмом та рухомі електричні заряди (сила Ампера, сила Лоренца).

8. Магнітні властивості речовини (намагніченість, магнітна про­ник­ність). Діа, пара- і феромагнетики.

Додаткова література

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Выс­шая школа, 1996.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики, ч. II. – М.: Высшая школа, 1978. – Гл. 6–10, с. 108–181.

3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Выс­шая школа, 1987. – Разд. 4–5, с. 245–441.

Типові задачі з еталонами розв’язків

Після вивчення теоретичного матеріалу слід ознайомитися з еталонами розв’язку задач і перевірити свою підго­тов­ку до семінару.

Задача 1.

Знайти густину струму в електроліті, якщо концентрація іонів у ньому n = 10¹⁰ cм^–3, їх рухливості b_– = 4,65 10^–4 см²/Вс, b = 6,5510^–4 см²/Вс. Напруженість електричного поля Е = 10³В/см. Вважаючи густину струму однаковою, знайти силу струму, якщо площа кожного електрода S = 4 см². Іони одновалентні.

Розв’язок.

Згідно із законом Ома в диференціальній формі густина струму дорівнює j = E, де  – питома електропровідність.У випадку електролітів з (4.37) маємо:

 = n z e (b₊ + b_–).

За умовою задачі валентність z = 1. Остаточно отримаємо:

j = ne(b₊ + b_–)E.

За означенням j = I/S, тобто сила струму I = jS.

Виконаємо обчислення:

j = 10¹⁰ cм^–3 1.610^–19 Кл  (4.65 + 6.55)10^–4 см²/Вс10³ В/см =

= 1.7810^–9 А/см².

I = 7.110^–9 A.

Задача 2.

Знайти потенціал поля, створеного диполем, заряди котрого q = 210^–9 Кл та плече l = 2 см, в точці, яка знаходиться на відстані r = 20 cм від осі диполя, якщо вектор r і вісь диполя утворюють кут  = 60^о. Диполь знаходиться в воді.

Розв’язок.

Потенціал поля, створеного диполем в достатньо віддаленій точці r >> l, визначається за формулою (4.16):

,

де  – відносна діелектрична проникність середовища, її значення для води можна знайти в таблиці ( = 81), p = ql – електричний момент диполя. Виконаємо обчислення:

.

Задача 3.

Лінійний нескінченно довгий провідник зі струмом силою I робить петлю радіусом R. Знайти напруженість магнітного поля в центрі петлі.

Розв’язок.

Напруженість магнітного поля в точці О дорівнює геометрич­ній сумі напруженостей полів, створених нескінчен­но довгим провідником H₁ і коловим струмом H₂ (мал. 4.41). Згідно з (4.48)

H₁ = I /2R,

д

Мал. 4.41.

е R – відстань від точки O до провідника. А напруженість поля, створеного коловим струмом Н₂ відповідно до (4.47), дорів­нює:

H₂ = I/2R.

Скориставшись правилом свердлика, ба­чи­мо, що напрямки векторів H₁, H₂ збіга­ються, тому геометричну суму можна замі­ни­ти арифметичною:

.